Los ‘minicerebros’ cultivados en el laboratorio permiten a los científicos estudiar el cableado cerebral sin interferir con el cerebro de personas vivas, y ahora un nuevo estudio ha utilizado estos modelos reducidos para identificar firmas neuronales asociadas con la esquizofrenia y el trastorno bipolar.
También conocidos como organoides, los cerebros del tamaño de un guisante son obra de un equipo dirigido por investigadores de la Universidad Johns Hopkins en Estados Unidos. Más adelante, podrían ayudar a identificar irregularidades cerebrales que podrían abordarse con tratamientos.
Actualmente, tanto la esquizofrenia como el trastorno bipolar se diagnostican basándose en los síntomas clínicos de una persona y no en marcadores biológicos. Este nuevo enfoque tiene el potencial de proporcionar un método más objetivo y confiable para identificar estas condiciones psiquiátricas.
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“La esquizofrenia y el trastorno bipolar son muy difíciles de diagnosticar porque ninguna parte concreta del cerebro se activa”, afirma la ingeniera biomédica Annie Kathuria, de la Universidad Johns Hopkins.
“No se activan enzimas específicas como en el Parkinson, otra enfermedad neurológica que los médicos pueden diagnosticar y tratar basándose en los niveles de dopamina, aunque todavía no tiene una cura adecuada”.
Los organoides cerebrales se diseñaron utilizando células sanguíneas y de la piel de personas diagnosticadas con esquizofrenia o trastorno bipolar, y de personas a las que no se les había diagnosticado ninguna enfermedad psiquiátrica. Esto les dio a los investigadores tres categorías de minicerebros para estudiar.
Analizados en un microchip y conectados a una variedad de sensores, los organoides miden solo 3 milímetros de ancho (aproximadamente una décima parte de una pulgada) y fueron diseñados para desarrollar tipos de células neuronales a partir de la corteza prefrontal del cerebro. Esta región desempeña un papel importante en funciones cognitivas “superiores”, como la planificación y la toma de decisiones.
Con la ayuda de algoritmos de aprendizaje automático entrenados para detectar patrones en la comunicación neuronal, el equipo identificó la actividad neuronal exclusiva de la esquizofrenia y el trastorno bipolar. Estas firmas fueron suficientes para etiquetar correctamente la fuente de las células en los organoides con un 83 por ciento de precisión.
Esa precisión aumentó al 92 por ciento cuando los minicerebros recibieron estimulación eléctrica, lo que sugiere que el comportamiento distintivo de las neuronas es más pronunciado (y más fácil de detectar) cuando el cerebro está activamente involucrado y trabajando.
“Al menos molecularmente, podemos comprobar qué sale mal cuando fabricamos estos cerebros en un plato y distinguir entre organoides de una persona sana, un paciente con esquizofrenia o un paciente bipolar en función de estas firmas electrofisiológicas”, dice Kathuria.
Por muy útiles que sean estos minicerebros, siguen siendo mucho menos complejos y no tan funcionales como los reales. Así que todavía queda mucho trabajo por hacer en términos de hacer coincidir los patrones identificados en este estudio con firmas neuronales en cerebros humanos reales.
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Sin embargo, estos son indicadores valiosos para comprender cómo los cerebros de las personas con esquizofrenia o trastorno bipolar podrían funcionar de manera diferente. Cada paso adelante en la comprensión de cómo estas afecciones alteran la actividad cerebral acerca a los investigadores a mejores tratamientos.
“Nuestra esperanza es que en el futuro no sólo podamos confirmar que un paciente es esquizofrénico o bipolar a partir de organoides cerebrales, sino que también podamos comenzar a probar medicamentos en los organoides para descubrir qué concentraciones de fármacos podrían ayudarlos a alcanzar un estado saludable”, dice Kathuria.
La investigación ha sido publicada en APL Bioengineering.